變頻器電壓保護(hù)
1、 過(guò)電壓保護(hù)
產(chǎn)生過(guò)電壓的原因及處理方法:
① 電源電壓太高
② 降速時(shí)間太短
③ 降速過(guò)程中，再生制動(dòng)的放電單元工作不理想，來(lái)不及放電，請(qǐng)?jiān)黾油饨又苿?dòng)電阻和制動(dòng)單元
④ 請(qǐng)檢查放電回路有沒(méi)有發(fā)生故障，實(shí)際并不放電;對(duì)于小功率的變頻器很有放電電阻損壞
2、 欠電壓保護(hù)
產(chǎn)生欠電壓的原因及處理方法:
① 電源電壓太低
② 電源缺相;
③ 整流橋故障:如果六個(gè)整流二極管中有部分因損壞而短路，整流后的電壓將下降，對(duì)于整流器件和晶閘管的損壞，應(yīng)注意檢查，及時(shí)更換。
逆變器件的介紹:
1.SCR和GTO晶閘管
⑴普通晶閘管SCR 曾稱(chēng)可控硅，它有三個(gè)極:陽(yáng)極，陰極和門(mén)極。
SCR的工作特點(diǎn)是，當(dāng)在門(mén)極與陰極間加一個(gè)不大的正向電壓(G為+，K為-)時(shí)，SCR即導(dǎo)通，負(fù)載Rl中就有電流流過(guò)。導(dǎo)通后，即使取消門(mén)極電壓，SCR仍保持導(dǎo)通狀態(tài)。只有當(dāng)陽(yáng)極電路的電壓為0或負(fù)值時(shí)，SCR才關(guān)斷。所以，只需要用一個(gè)脈沖信號(hào)，就可以控制其導(dǎo)通了，故它常用于可控整流。
作為一種無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，其允許反復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷的次數(shù)幾乎是無(wú)限的，并且導(dǎo)通的控制也十分方便。這是一般的"通-斷開(kāi)關(guān)"所望塵莫及的，從而使實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速取得了突破。但由于變頻器的逆變電路是在直流電壓下工作的，而SCR在直流電壓下又不能自行關(guān)斷，因此，要實(shí)現(xiàn)逆變，還必須增加輔助器件和相應(yīng)的電路來(lái)幫助它關(guān)斷。所以，盡管當(dāng)時(shí)的變頻調(diào)速裝置在個(gè)別領(lǐng)域(如風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)負(fù)載)已經(jīng)能夠?qū)嵱�，但未能進(jìn)入大范圍的普及應(yīng)用階段。
⑵門(mén)極關(guān)斷(GTO)晶閘管 SCR在一段時(shí)間內(nèi)，幾乎是能夠承受高電壓和大電流的唯一半導(dǎo)體器件。因此，針對(duì)SCR的缺點(diǎn)，人們很自然地把努力方向引向了如何使晶閘管具有關(guān)斷能力這一點(diǎn)上，并因此而開(kāi)發(fā)出了門(mén)極關(guān)斷晶閘管。
GTO晶閘管的基本結(jié)構(gòu)和SCR類(lèi)似，它的三個(gè)極也是:陽(yáng)極(A)、陰極(K)和門(mén)極(G)。其圖行符號(hào)也和SCR相似，只是在門(mén)極上加一短線(xiàn)，以示區(qū)別。
GTO晶閘管的基本電路和工作特點(diǎn)是:
①在門(mén)極G上加正電壓或正脈沖(開(kāi)關(guān)S和至位置1)GTO晶閘管即導(dǎo)通。其后，即使撤消控制信號(hào)(開(kāi)關(guān)回到位置0)，GTO晶閘管仍保持導(dǎo)通�？梢�(jiàn)，GTO晶閘管的導(dǎo)通過(guò)程和SCR的導(dǎo)通過(guò)程完全相同。
②如在G、K間加入反向電壓或較強(qiáng)的反向脈沖(開(kāi)關(guān)和至位置2)，可使GTO晶閘管關(guān)斷。 用GTO晶閘管作為逆變器件取得了較為滿(mǎn)意的結(jié)果，但其關(guān)斷控制較易失敗，故仍較復(fù)雜，工作頻率也不夠高。而幾乎是與此同時(shí)，大功率管(GTR)迅速發(fā)展了起來(lái)，使GTO晶閘管相形見(jiàn)絀。因此，在大量的中小容量變頻器中，GTO晶閘管已基本不用。但其工作電流大，故在大容量變頻器中，仍居主要地位。
逆變器件的介紹:上次我們向大家介紹了普通晶閘管(SCR)和門(mén)極關(guān)斷晶閘管(GTO)，最重要是讓大家了解變頻器中逆變器件是如何工作的，它們起到什么作用!接下來(lái)我們講:大功率晶體管(GTR)-大功率晶體管，也叫雙極結(jié)型晶體管(BJT)。
1、 變頻器用的GTR一般都是(復(fù)合管)模塊，其內(nèi)部有三個(gè)極分別是集電極C、發(fā)射極E和基極B。根據(jù)變頻器的工作特點(diǎn)，在晶體管旁還并聯(lián)了一個(gè)反向連接的續(xù)流二極管。又根據(jù)逆變橋的特點(diǎn)，常做成雙管模塊，甚至可以做成6管模塊。
2、 工作時(shí)狀態(tài) 和普通晶體管一樣，GTR也是一種放大器件，具有三種基本的工作狀態(tài):
⑴放大狀態(tài) 起基本工作特點(diǎn)是集電極電流Ic的大小隨基極電流Ib而變 Ic=βIb 式中β------GTR的電流放大倍數(shù)。
GTR處于放大狀態(tài)時(shí)，其耗散功率Pc較大。設(shè)Uc=200V，Rc=10Ω，β=50，Ib=200mA(0.2A) 計(jì)算如下:Ic= βIb=50*0.2A=10A Uce=Uc-IcRc=(200-10*10)V=100V Pc=UceIc=100*10W=1000W=1KW ⑵飽和狀態(tài) Ib增大時(shí)，Ic隨之而增大的狀態(tài)要受到歐姆定律的制約。當(dāng) βIb>Uc/Rc 時(shí)，Ic=βIb的關(guān)系便不能再維持了，這時(shí)，GTR開(kāi)始進(jìn)入"飽和"狀態(tài)。而當(dāng) Ic的大小幾乎完全由歐姆定律決定，即 Ics≈Uc/Rc 時(shí)，GTR便處于深度飽和狀態(tài)(Ics 為飽和電流)。這時(shí)，GTR的飽和壓降Uces約 為1-5V。
GTR處于飽和狀態(tài)時(shí)的功耗是很小的。上例中，設(shè)Uces=2V，則 Ics=Uc/Rc=200/10A=20A Pc=UcesIcs=2*20W=40W
可見(jiàn)，與放大狀態(tài)相比，相差甚遠(yuǎn)。
⑶截止?fàn)顟B(tài) 即關(guān)斷狀態(tài)。這是基極電流Ib≤0的結(jié)果。
在截止?fàn)顟B(tài)，GTR只有很微弱的漏電流流過(guò)，因此，其功耗是微不足道的。
GTR在逆變電路中是用來(lái)作為開(kāi)關(guān)器件的，工作過(guò)程中，總是在飽和狀態(tài)間進(jìn)行交替。所以，逆變用的GTR的額定功耗通常是很小的。而如上述，如果GTR處于放大狀態(tài)，其功耗將增大達(dá)百倍以上。所以，逆變電路中的GTR是不允許在放大狀態(tài)下小作停留的。
3.主要參數(shù)
⑴在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)
①擊穿電壓Uceo和Ucex:能使集電極C和發(fā)射極E之間擊穿的最小電壓。基極B開(kāi)路是用 Uceo表示，B、E間接入反向偏壓時(shí)用Ucex 表示。在大多數(shù)情況下，這兩個(gè)數(shù)據(jù)是相等的。
②漏電流Iceo 和 Icex:截止?fàn)顟B(tài)下，從C極流向E極的電流。B極開(kāi)路時(shí)為 Iceo，B、E間反偏時(shí)為 Icex。
⑵在飽和狀態(tài)時(shí)
① 集電極最大電流Icm:GTR飽和導(dǎo)通是的最大允許電流。
② 飽和壓降Uces:當(dāng)GTR飽和導(dǎo)通時(shí)，C、E間的電壓降。
⑶在開(kāi)關(guān)過(guò)程中
① 開(kāi)通時(shí)間Ton:從B極通入正向信號(hào)電流時(shí)起，到集電極電流上升到0.9 Ics 所需要的時(shí)間。
② 關(guān)斷時(shí)間Toff:從基極電流撤消時(shí)起，至Ic下降至0.1 Ics 所需的時(shí)間
開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間將直接影響到SPWM調(diào)制是的載波頻率。通常，使用GTR做逆變管時(shí)的載波頻率底于2KHz。
4.變頻器用GTR的選用
⑴Uceo 通常按電源線(xiàn)電壓U峰值的2倍來(lái)選擇。
Uceo≥2廠(chǎng)2U 在電源電壓為380V的變頻器中，應(yīng)有 Uceo≥2廠(chǎng)2U*380V=1074.8V，故選用 Uceo=1200V的GTR是適宜的。
⑵Icm 按額定電流In峰值的2倍來(lái)選擇 Icm≥2廠(chǎng)2 In GTR是用電流信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，所需驅(qū)動(dòng)功率較大，故基極驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較復(fù)雜，并使工作頻率難以提高，這是其不足之處。 今天我告訴大家的是MOSFET以及IGBT
1、 功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(POWER MOSFET) 它的3個(gè)極分別是源極S、漏極D和柵極G
其工作特點(diǎn)是，G、S間的控制信號(hào)是電壓信號(hào)Ugs。改變Ugs的大小，主電路的漏極電流Id也跟著改變。由于G、S間的輸入阻抗很大，故控制電流幾乎為0，所需驅(qū)動(dòng)功率很小。和GTR相比，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，工作頻率也比較高。此外，MOSFET還具有熱穩(wěn)定性好、安全工作區(qū)大 等優(yōu)點(diǎn)。
但是，功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管在提高擊穿電壓和增大電流方面進(jìn)展較慢，故在變頻器中的應(yīng)用尚不能居主導(dǎo)地位。
2、 絕緣柵雙極晶體管(IGBT) IGBT是MOSFET和GTR相結(jié)合的產(chǎn)物，是柵極為絕緣柵結(jié)構(gòu)(MOS結(jié)構(gòu))的晶體管，它的三個(gè)極分別是集電極C、發(fā)射極E和柵極G。
工作特點(diǎn)是，控制部分與場(chǎng)效應(yīng)晶體管相同，控制信號(hào)為電壓信號(hào)Uge,輸入阻抗很高，柵極電流I≈0，故驅(qū)動(dòng)功率很小。而起主電路部分則與GTR相同，工作電流為集電極電流I。
至今，IGBT的擊穿電壓也已做到1200V，集電極最大飽和電流已超過(guò)1500A，由IGBT作為逆變器件的變頻器容量已達(dá)到250KVA以上。
此外，其工作頻率可達(dá)20KHZ。由IGBT作為逆變器件的變頻器的載波頻率一般都在10KHZ以上，故電動(dòng)機(jī)的電源波形比較平滑，基本無(wú)電磁噪聲。
在變頻器工作時(shí)，流過(guò)變頻器的電流是很大的, 變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的，不能忽視其發(fā)熱所產(chǎn)生的影響
通常，變頻器安裝在控制柜中。我們要了解一臺(tái)變頻器的發(fā)熱量大概是多少. 可以用以下公式估算: 發(fā)熱量的近似值= 變頻器容量(KW)×55 [W]
在這里, 如果變頻器容量是以恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為準(zhǔn)的 (過(guò)流能力150% * 60s)
如果變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器, 并且也在柜子里面, 這時(shí)發(fā)熱量會(huì)更大一些。 電抗器安裝在變頻器側(cè)面或測(cè)上方比較好。
這時(shí)可以用估算: 變頻器容量(KW)×60 [W]
因?yàn)楦髯冾l器廠(chǎng)家的硬件都差不多, 所以上式可以針對(duì)各品牌的產(chǎn)品.
注意: 如果有制動(dòng)電阻的話(huà)，因?yàn)橹苿?dòng)電阻的散熱量很大， 因此最好安裝位置最好和變頻器隔離開(kāi)， 如裝在柜子上面或旁邊等。
那么, 怎樣才能降低控制柜內(nèi)的發(fā)熱量呢?
當(dāng)變頻器安裝在控制機(jī)柜中時(shí)，要考慮變頻器發(fā)熱值的問(wèn)題。
根據(jù)機(jī)柜內(nèi)產(chǎn)生熱量值的增加，要適當(dāng)?shù)卦黾訖C(jī)柜的尺寸。因此，要使控制機(jī)柜的尺寸盡量減小，就必須要使機(jī)柜中產(chǎn)生的熱量值盡可能地減少。
如果在變頻器安裝時(shí)，把變頻器的散熱器部分放到控制機(jī)柜的外面，將會(huì)使變頻器有70%的發(fā)熱量釋放到控制機(jī)柜的外面。由于大容量變頻器有很大的發(fā)熱量，所以對(duì)大容量變頻器更加有效。
還可以用隔離板把本體和散熱器隔開(kāi), 使散熱器的散熱不影響到變頻器本體。這樣效果也很好。 注意:變頻器散熱設(shè)計(jì)中都是以垂直安裝為基礎(chǔ)的，橫著放散熱會(huì)變差的!
冷卻風(fēng)扇
一般功率稍微大一點(diǎn)的變頻器， 都帶有冷卻風(fēng)扇。同時(shí)，也建議在控制柜上出風(fēng)口安裝冷卻風(fēng)扇。進(jìn)風(fēng)口要加濾網(wǎng)以防止灰塵進(jìn)入控制柜。 注意控制柜和變頻器上的風(fēng)扇都是要的，不能誰(shuí)替代誰(shuí)。
其他關(guān)于散熱的問(wèn)題
在海拔高于1000m的地方，因?yàn)榭諝饷芏冉档�，因此�?yīng)加大柜子的冷卻風(fēng)量以改善冷卻效果。理論上變頻器也應(yīng)考慮降容，1000m每-5%。但由于實(shí)際上因?yàn)樵O(shè)計(jì)上變頻器的負(fù)載能力和散熱能力一般比實(shí)際使用的要大， 所以也要看具體應(yīng)用。 比方說(shuō)在1500m的地方，但是周期性負(fù)載，如電梯，就不必要降容。
2。 開(kāi)關(guān)頻率:變頻器的發(fā)熱主要來(lái)自于IGBT， IGBT的發(fā)熱有集中在開(kāi)和關(guān)的瞬間。 因此開(kāi)關(guān)頻率高時(shí)自然變頻器的發(fā)熱量就變大了。 有的廠(chǎng)家宣稱(chēng)降低開(kāi)關(guān)頻率可以擴(kuò)容， 就是這個(gè)道理。
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